結(jié)構(gòu)延性與抗震設(shè)計(jì)

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增強(qiáng)結(jié)構(gòu)延性是提高建筑抗震性能的重要措施，所以地震區(qū)的建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)成延性結(jié)構(gòu)。為了合理提高抗震結(jié)構(gòu)的延性性能，應(yīng)對(duì)抗震概念設(shè)計(jì)和構(gòu)造措施予以重視，合適的概念設(shè)計(jì)和構(gòu)造措施對(duì)結(jié)構(gòu)的延性起著至關(guān)重要的作用，探討了延性結(jié)構(gòu)在地震作用下的反應(yīng)機(jī)理，同時(shí)提出了一些概念設(shè)計(jì)的方法和相關(guān)的構(gòu)造措施，以保證整個(gè)建筑物實(shí)現(xiàn)抗震設(shè)防，達(dá)到“三水準(zhǔn)”的設(shè)計(jì)要求。

　　結(jié)構(gòu)主要靠延性來抵抗較大地震作用下的非彈性變形，因此，地震作用下，結(jié)構(gòu)的延性與結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度具有同等重要的意義。地震力降低系數(shù)對(duì)設(shè)防烈度地震作用的整體降低實(shí)際上決定了結(jié)構(gòu)的屈服水準(zhǔn)和對(duì)結(jié)構(gòu)延性需求的大小。目前，能力設(shè)計(jì)法已為各國普遍接受，通過能力設(shè)計(jì)法，形成合理的耗能機(jī)制，使塑性鉸出現(xiàn)在延性易于保證的部位；確保結(jié)構(gòu)在未達(dá)到所需要的延性前不至于發(fā)生剪切失效；并通過細(xì)部構(gòu)造措施來保證延性的充分發(fā)揮。

結(jié)構(gòu)的延性與抗震

　　一、結(jié)構(gòu)在地震下的主要特點(diǎn)

　　地震以波的形式從震源(地面上的相對(duì)位置稱震中)向周圍快速傳播，通過巖土和地基，使建筑物的基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不規(guī)則的往復(fù)振動(dòng)和激烈的變形。結(jié)構(gòu)在地震時(shí)發(fā)生的相應(yīng)運(yùn)動(dòng)稱為地震反應(yīng)，包括位移、速度、加速度。同時(shí)，結(jié)構(gòu)內(nèi)部發(fā)生很大的內(nèi)力(應(yīng)力)和變形，當(dāng)它們超過了材料和構(gòu)件的各項(xiàng)極限值后，結(jié)構(gòu)將出現(xiàn)各種不同程度的破壞現(xiàn)象，例如混凝土裂縫，鋼筋屈服，顯著的殘余變形，局部的破損，碎塊或構(gòu)件墜落，整體結(jié)構(gòu)傾斜，甚至倒塌等等。

　　在震中區(qū)附近，地面運(yùn)動(dòng)的垂直方向振動(dòng)激烈，且頻率高，水平方向振動(dòng)較弱；距震中較遠(yuǎn)處，垂直方向的振動(dòng)衰減快，其加速度峰值約為水平方向加速度峰值的1／2～1／3。因此，對(duì)地震區(qū)的大部分建筑而言，水平方向的振動(dòng)是引起結(jié)構(gòu)強(qiáng)烈反應(yīng)和破壞的主要因素。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在地震作用下受力性能的主要特點(diǎn)有：

　　1、結(jié)構(gòu)的抗震能力和安全性，不僅取決于構(gòu)件的(靜)承載力，還在很大程度上取決于其變形性能和動(dòng)力響應(yīng)。地震時(shí)結(jié)構(gòu)上作用的“荷載”是結(jié)構(gòu)反應(yīng)加速度和質(zhì)量引起的慣性力，它不像靜荷載那樣具有確定的數(shù)值。變形較大，延性好的結(jié)構(gòu)，能夠耗散更多的地震能量，地震的反應(yīng)就減小，“荷載”小，町能損傷輕而更為安全。相反，靜承載力大的結(jié)構(gòu)，可能因?yàn)閯偠却蟆⒅亓看?、延性差而招致更?yán)重的破壞。

　　2、屈服后的工作階段——當(dāng)發(fā)生的地震達(dá)到或超出設(shè)防烈度時(shí)，按照我國現(xiàn)行規(guī)范的設(shè)計(jì)原則和方法，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)一般都將出現(xiàn)不同程度的損傷。構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)受力較大處普遍出現(xiàn)裂縫，有些寬度較大；部分受拉鋼筋屈服，有殘余變形；構(gòu)件表面局部破損剝落等。但結(jié)構(gòu)不致倒塌。

　　3、“荷載”低周的反復(fù)作用——地震時(shí)結(jié)構(gòu)在水平方向的往復(fù)振動(dòng)，使結(jié)構(gòu)的內(nèi)力(主要是彎矩和剪力，有時(shí)也有軸力)發(fā)生正負(fù)交變。由于地震的時(shí)間不長且結(jié)構(gòu)具有阻尼，荷載交變的反復(fù)次數(shù)不多(即低周)。所以，必須研究鋼筋混凝土構(gòu)件在低周交變荷載作用下的滯回特征。

　　4、變形大——地震時(shí)結(jié)構(gòu)有很大變形。例如橋墩的側(cè)向位移等。一方面對(duì)結(jié)構(gòu)本身產(chǎn)生不利影響，如柱的二階(P—A)效應(yīng)，增大附加彎矩，甚至引起失穩(wěn)或傾覆，構(gòu)造縫相鄰結(jié)構(gòu)的碰撞等；另一方面造成非結(jié)構(gòu)部件的破損，橋梁上部結(jié)構(gòu)的脫落等破壞。故抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要控制其總變形。

　　二、單調(diào)荷載下的延性

　　1、材料、構(gòu)件或結(jié)構(gòu)的延性通常定義為在初始強(qiáng)度沒有明顯退化情況下的非彈性變形的能力。它包括兩個(gè)方面的能力：